KR101650592B1 - Electroactive optical device, assembly thereof, and method for manufacturing electroactive optical device - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 광학 소자(1) 및 전기 활성 소자(2)를 포함하는 전기 활성 광학 장치, 특히 전기 활성 렌즈에 관한 것이다. 광학 소자(1)는 겔 또는 폴리머와 같은 탄성 고체이다. 전기 활성 소자(2)는 전기 활성 재료(5)를 사이에 두고 상하로 적층된 복수의 순응형 전극(3a - 3e)을 포함한다. 전기 활성 소자(2)는 상기 전극들(3a - 3e)을 위한 2개의 공통 접점을 제공하는 강성 벽(4a, 4b)에 의해 둘러싸인다. 전압이 인가되지 않으면 광학 소자(1)는 기계적으로 이완된 상태에 놓여져, 의도치 않은 노화 작용을 감소시킨다. 전극들(3a - 3e)에 전압이 인가되면 광학 소자(2)가 변형된다.The present invention relates to an electroactive optical device comprising an optical element (1) and an electroactive element (2), in particular to an electroactive lens. The optical element 1 is an elastic solid such as a gel or a polymer. The electroactive device 2 includes a plurality of conformable electrodes 3a to 3e stacked on top of each other with an electroactive material 5 interposed therebetween. The electroactive device 2 is surrounded by rigid walls 4a and 4b which provide two common contacts for the electrodes 3a to 3e. If no voltage is applied, the optical element 1 is placed in a mechanically relaxed state to reduce the unintended aging action. When a voltage is applied to the electrodes 3a to 3e, the optical element 2 is deformed.
Description
본 발명은 전기 활성 광학 장치, 특히 전기 활성 렌즈와, 이런 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electro-active optical device, in particular an electro-active lens, and a method of manufacturing such an apparatus.
전기 활성 광학 장치는 전기 활성 효과를 이용하여 그 형상이 변화될 수 있는 광학 장치이다. 특히, 전기 활성 광학 렌즈는 전기 활성 효과를 이용하여 초점 거리가 변화될 수 있는 렌즈이다. An electro-active optical device is an optical device whose shape can be changed using an electro-active effect. In particular, an electro-active optical lens is a lens whose focal distance can be changed using an electro-active effect.
전기 활성 효과라는 용어는 고상 또는 액상의 전기장 유도 변형을 의미한다. 변형은 전기장에서 전극들 사이의 쿨롱 힘에 의한 것이거나 및/또는 전기 이온 및/또는 다중극, 특히 쌍극자의 재배열에 의한 것일 수 있다. 전기 활성 재료의 예는, 유전성 엘라스토머(dielectric elastomer), 전왜 완화형 강유전체 폴리머(electrostrictive relaxor ferroelectric polymer), 압전 폴리머(piezoelectric polymer; PVDF), (열적) 액정 엘라스토머(liquid crystal elastomer), 이온성 폴리머 금속 복합재료, 기계화학적 폴리머/겔이다. The term electroactive effect means an electric field induced deformation in solid or liquid phase. The deformation may be due to the Coulomb force between the electrodes in the electric field and / or by the rearrangement of the electric ions and / or poles, especially dipoles. Examples of electroactive materials include dielectric elastomers, electrostrictive relaxor ferroelectric polymers, piezoelectric polymers (PVDF), (thermally) liquid crystal elastomers, ionic polymer metals Composite materials, and mechanochemical polymers / gels.
전기 활성 렌즈의 다양한 설계가 공지되어 있다.Various designs of electro-active lenses are known.
예를 들면, 국제공개번호 WO 2008/044937호에는 원형 형상의 압전 결정체가 얇은 유리 커버를 굽힘으로써 렌즈 조립체의 초점 거리의 변이(shift)를 제공하는 장치가 개시되어 있다. 그러나, 압전 결정체에 기초한 장치는 그 제조 비용이 비교적 많이 소요된다. For example, International Publication No. WO 2008/044937 discloses an apparatus in which a circular-shaped piezoelectric crystal provides a shift of the focal length of the lens assembly by bending a thin glass cover. However, devices based on piezoelectric crystals are relatively expensive to manufacture.
국제공개번호 WO 2005/085930호는, 예를 들면 양면볼록 렌즈(biconvex lens)로서 구성될 수 있는 적응성 광학 소자에 관한 것이다. 렌즈는 전기 활성 폴리머 층과 층 전극을 포함하는 폴리머 액추에이터로 구성된다. 대략 10kV 이상의 전압 인가는 폴리머 층의 변형을 야기하고, 그 결과 렌즈의 직접적인 변형을 야기한다. 이런 장치를 제어하기 위해서는 높은 전압을 필요로 하기 때문에, 많은 용도에 있어서 적합하지 않다. International Publication No. WO 2005/085930 relates to an adaptive optical element that can be constructed, for example, as a biconvex lens. The lens consists of a polymer actuator comprising an electroactive polymer layer and a layer electrode. Applying a voltage of about 10 kV or more causes deformation of the polymer layer, which results in direct deformation of the lens. It is not suitable for many applications because it requires high voltage to control these devices.
또한, 이들 유형의 종래 장치들은 시간이 경과함에 따라 이들 장치의 특성을 저하시키는 노후 현상을 나타낸다.In addition, these types of prior art devices exhibit aging phenomena that degrade the properties of these devices over time.
마지막으로, 액체 충전 렌즈를 이용하는 다양한 장치들이 공지되어 있다. 이들 장치는 여러 단점들을 가지고 있다. 특히, 이들 장치는 가속도, 중력 효과 또는 진동과 같은 외부 힘으로 인해 변형될(distortion) 가능성이 있다. Finally, various devices using liquid filled lenses are known. These devices have several disadvantages. In particular, these devices are likely to be distorted by external forces such as acceleration, gravity effects, or vibration.
따라서, 본 발명의 전반적인 목적은 신뢰성 있고 언급한 단점들의 적어도 일부를 극복할 수 있는 유형의 장치를 제공하는 것이다.It is therefore an overall object of the present invention to provide a device of the type that is reliable and can overcome at least some of the disadvantages mentioned.
이런 목적은 청구항 1의 전기 활성 장치에 의해 달성된다. 따라서, 장치는 탄성 광학 소자와, 상기 탄성 광학 소자에 측방향으로 인접하여 배열된 전기 활성 소자를 포함한다. 전기 활성 소자는 탄성 전기 활성 재료, 유리하게는 유전성 탄성중합체를 갖는 적어도 하나의 전극 쌍을 포함하며, 상기 탄성 전기 활성 재료는 전극 쌍의 전극들 사이에 배열된다. 전압이 전극 쌍에 걸쳐 인가되면, 전극 쌍의 전극들 사이의 축방향 거리는 변화하며, 즉 증가하거나 감소하며, 이에 의해 전극 쌍에 인접한 광학 소자의 제1 영역의 체적이 탄성적으로 변한다(즉, 축방향으로 신장된다). 다시, 이는 상기 제1 영역과 제2 영역 사이에서 광학 소자 내의 재료의 반경 방향 변위를 유도한다. 상기 영역 중 하나는 축방향으로 탄성적으로 팽창하고, 다른 영역은 탄성적으로 수축한다. 전극 쌍에 걸쳐 전압이 인가되지 않은 상태에서, 광학 소자는 기계적으로 이완 상태에 있다. This object is achieved by the electroactive device of
두 영역의 축방향 연장을 변화시켜 광학 소자의 재료를 반경 방향으로 변위시킴으로써, 광학 소자의 표면 곡률의 큰 변화가 달성될 수 있다.By changing the axial extension of the two regions to radially displace the material of the optical element, a large change in the surface curvature of the optical element can be achieved.
이 설계는 전기 활성 액추에이터의 장점들, 가령 이의 잠재적인 용이한 제조 프로세스, 큰 변형 및 낮은 작동 전압과 같은 장점들 이용하며, 동시에 장치가 전압이 인가되지 않은 상태에서 탄성적으로 이완 상태에 있고, 이에 의해 사전 변형된 고체(pre-strained solid)에 의해 형성되어 지속적인 변형 하에 놓이는 장치보다 피로를 덜 받기 때문에 긴 작동수명을 갖는 해결책을 제공한다. This design utilizes the advantages of an electroactive actuator, such as its potential easy manufacturing process, large deformation and low operating voltage, while at the same time the device is in an elastically relaxed state with no voltage applied, Thereby providing a solution with a long operating life since it is less fatigue than a device formed by a pre-strained solid and placed under continuous deformation.
바람직하게는, 전압의 인가는 전극들 사이의 간격을 감소시킬 것이며, 다시 이는 광학 소자의 상기 제1 영역의 체적을 감소시킬 것이다. 또한, 전극들 사이에 압축된 전기 활성 재료는 광학 소자상에 측방향 압력을 가할 수 있다. 이들 양 효과의 조합은 광학 소자를 큰 변형 상태에 있게 한다.Preferably, application of a voltage will reduce the spacing between the electrodes, which again will reduce the volume of the first region of the optical element. In addition, the compressed electroactive material between the electrodes may apply a lateral pressure on the optical element. The combination of these two effects makes the optical element in a large deformed state.
대부분의 경우, 상기 효과는 전극 쌍에 전압 인가 시에 광학 소자의 두께 증가를 유도할 것이다. In most cases, this effect will lead to an increase in the thickness of the optical element upon voltage application to the electrode pair.
바람직하게는, 전기 활성 소자는 상호 적층된 복수개의 전극 쌍을 포함하며, 전극 쌍 사이에는 갭이 존재한다. 갭은 전기 활성 재료로 채워지는 것이 바람직하다. 이런 설계는 작은 구동 전압을 이용하여 광학 소자에서 재료의 큰 체적 변위를 달성 가능하게 한다. Preferably, the electroactive device comprises a plurality of electrode pairs stacked one on top of the other, with a gap between the electrode pairs. The gap is preferably filled with an electroactive material. Such a design makes it possible to achieve a large volume displacement of the material in the optical element using a small driving voltage.
본 발명의 다른 태양에서, 이런 장치에 대한 효과적인 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 목적은 제2 독립 청구항에 의해 달성된다. 이에 따르면, 방법은, In another aspect of the present invention, it is an object to provide an effective manufacturing method for such an apparatus. This object is achieved by the second independent claim. According to this,
a) 복수개의 제1 전극을 제공하는 단계와,a) providing a plurality of first electrodes;
b) 상기 제1 전극 위에 전기 활성 재료층을 도포하는 단계와,b) applying a layer of electroactive material on said first electrode,
c) 상기 제1 전극 위에 복수개의 제2 전극을 도포하는 단계로서, 각각의 제2 전극이 제1 전극에 중첩하는, 복수개의 제2 전극을 도포하는 단계와,c) applying a plurality of second electrodes over the first electrode, wherein each second electrode overlaps the first electrode;
d) 상기 단계 a), b) 및 c)의 최종 조립체를 복수개의 상기 전기 활성 장치로 분리하는 단계를 포함한다.d) separating the final assembly of steps a), b) and c) into a plurality of said electroactive devices.
알 수 있는 바와 같이, 이 방법은 공통 단계 a), b) 및 c)을 이용하여 복수개의 장치를 동시에 형성하는 것을 허용함으로써, 제조 비용을 절감시킨다. As can be seen, this method allows for the simultaneous formation of a plurality of devices using common steps a), b) and c), thereby reducing manufacturing costs.
바람직하게는, 단계 b) 및 c)는 낮은 전압으로 제어될 수 있는 장치를 제조하기 위해 상호 적층된 복수개의 전극 쌍을 형성하도록 반복된다. Preferably, steps b) and c) are repeated to form a plurality of mutually stacked electrode pairs to produce a device that can be controlled at a low voltage.
본 발명은 본 명세서의 이하 상세한 설명을 참조하여 보다 명확하게 이해될 것이다. 발명의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 전압이 인가되지 않은 렌즈의 단면도이다.
도 2는 도 1의 렌즈의 평면도이다.
도 3은 도 1의 렌즈에 전압이 인가된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 제조 프로세스의 제1 단계를 도시한 도면이다.
도 5는 제조 프로세스의 제2 단계를 도시한 도면이다.
도 6은 제조 프로세스의 제3 단계를 도시한 도면이다.
도 7는 제조 프로세스의 제4 단계를 도시한 도면이다.
도 8은 제조 프로세스의 제5 단계를 도시한 도면이다.
도 9는 2개 렌즈의 조립체에 전압이 인가되지 않은 경우와, 전압이 조금 인가된 경우와, 전압이 많이 인가된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10은 4개의 렌즈가 적층된 조립체를 도시한 도면이다.
도 11은 단차 전극(graded electrode)을 포함하는 렌즈를 도시한 도면이다.
도 12는 빔 편향기의 평면도이다.
도 13은 도 12의 라인(ⅩⅢ)을 따라 취한, 3개의 상이한 상태를 갖는 빔 편항기의 단면도이다.
도 14는 버퍼층을 갖는 광학 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 15는 리드층을 갖는 광학 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 16은 리드층 및 버퍼층을 갖는 광학 장치의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이다.The invention will be more clearly understood with reference to the following detailed description thereof. The detailed description of the invention will be explained with reference to the accompanying drawings.
1 is a cross-sectional view of a lens to which no voltage is applied.
Figure 2 is a plan view of the lens of Figure 1;
3 is a view showing a state where a voltage is applied to the lens of FIG.
4 is a diagram showing the first step of the manufacturing process.
5 is a diagram showing the second step of the manufacturing process.
6 is a diagram showing a third step of the manufacturing process.
7 is a diagram showing a fourth step of the manufacturing process.
8 is a view showing the fifth step of the manufacturing process.
9 is a cross-sectional view showing a state where no voltage is applied to an assembly of two lenses, a case where a voltage is applied a little, and a state where a voltage is applied a lot.
10 is a view showing an assembly in which four lenses are stacked.
11 is a view showing a lens including a graded electrode.
12 is a plan view of the beam deflector.
13 is a cross-sectional view of a beam deflector having three different states, taken along line XIII in Fig.
14 is a diagram showing another embodiment of an optical device having a buffer layer.
15 is a diagram showing another embodiment of an optical device having a lead layer.
16 is a view showing another embodiment of an optical device having a lead layer and a buffer layer.
정의Justice
"축방향"이란 용어는 일반적으로 이완 상태에 있는 광학 소자의 중앙 영역의 표면에 대해 수직인 방향을 지칭하기 위해 사용된다. 기판이 존재하는 경우, 기판은 대부분의 경우 축방향에 대해 대체로 수직으로 정렬될 것이다.The term "axial direction " is used to refer to a direction generally perpendicular to the surface of the central region of the optical element in a relaxed state. If a substrate is present, the substrate will in most cases be generally vertically aligned with respect to the axial direction.
"반경방향(radial)"이란 용어는 축방향에 대해 수직인 방향을 지칭하기 위해 사용된다.The term "radial" is used to refer to a direction perpendicular to the axial direction.
도입Introduction
본 발명은 다양한 형태로, 예를 들면 전기 활성 렌즈, 빔 편향기 또는 지터 방지(anti-jittering) 장치로서 구현될 수 있다. 하기에서는, 이러한 용례들 중 일부를 기술한다.The invention may be embodied in various forms, for example as an electro-active lens, a beam deflector or an anti-jittering device. Some of these applications are described below.
전기 활성 렌즈Electro-active lens
본 발명의 가능한 실시예 중 하나로서 전기 활성 렌즈가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 렌즈는 탄성 광학 소자(1) 및 전기 활성 소자(2)를 포함한다. 본 실시예에서, 광학 소자(1)는 원형이고, 전기 활성 소자(2)는 광학 소자를 둘러싼다. 그러나, 이하에 언급된 바와 같이, 본 발명은 전기 활성 소자(2)가 광학 소자(1)의 하나 이상의 측면에 측방향으로 인접하여 배치되기만 하면, 예를 들면 원통형 렌즈와 같은 비원형 렌즈용으로도 구현될 수 있다. Electro-active lenses as one possible embodiment of the present invention are shown in Figs. 1 and 2. Fig. The lens includes the elastic
전기 활성 소자(2)는 상호 적층된 적어도 하나의 전극 쌍, 바람직하게는 여러 개의 전극쌍을 형성하는 적어도 두 개, 바람직하게는 두 개보다 많은 수직 적층형 전극(3a-3e)을 포함한다.The
최상층의 제1 전극(3a)은 리드(9a)에 의해 측벽의 제1 섹션(4a)에 전기적으로 접속되고, 그 다음의 제2 전극(3b)은 리드(9b)에 의해 측벽의 제2 섹션(4b)에 접속되며, 제3 전극(3c)은 리드(9c)에 의해 다시 제1 섹션(4a)에 접속되고, 제4 전극(3d)은 리드(9d)에 의해 제2 섹션(4b)에 접속되는 등, 인접하는 전극들이 측벽의 상이한 섹션에 접속된다. 측벽은 전기적 도전성을 지니며, 도전성 폴리머와 같은 고체 물질로 형성된다. 측벽의 두 섹션(4a, 4b)에 전위차가 인가되면, 전극들(3a-3e) 중 각각의 인접 전극 쌍에 걸쳐 동일한 전위차가 인가된다.The
전기 활성 재료(5)는 전극들(3a-3e) 사이의 갭 내에 위치된다. 즉, 전극들 사이의 모든 갭이 전기 활성 재료(5)로 채워진다. 전기 활성 재료는 인접한 전극들 사이에 전압이 인가되면 전극들 사이의 쿨롱의 힘에 의해 야기되는 맥스웰 응력에 항복하는 재료이다. 바람직하게는 전기 활성 재료(5)가 유전성 엘라스토머(dielectric elastomer) 또는 겔과 같은 고체이다. The
렌즈의 광학 소자(1)는 전기 활성 재료(5)와 동일한 재료로 형성될 수 있으며, 이는 이하 설명되는 바와 같은 제조 프로세스를 간소화한다. 그러나, 광학 소자(1)는 전기 활성 재료(5)와는 다른, 광학 소자(1)와 전기 활성 재료(2)의 물리적 성질들이 독립적으로 최적화될 수 있게 하는 재료로 형성될 수도 있다.The
광학 소자(1)는 투명한 탄성 고체 또는 겔이며, 전극들(3a-3e)에 전압이 인가되지 않을 경우 전술한 이유로 기계적 이완 상태에 놓인다. 광학 소자는 단일 재료로 제조되는 것이 바람직하다.The
도 3을 참조하여 도 1 및 도 2의 렌즈의 기능을 설명한다. 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전극들(3a-3e)에 의해 형성된 모든 인접 전극 쌍에 걸쳐 0이 아닌 전압(V)이 인가되면, 전극들 사이의 쿨롱의 힘 및/또는 재료 내 다중극의 재배열로 인해, 사용된 전기 활성 재료에 따라 전극들 사이의 축방향 거리가 감소하거나 증가한다. 특히 액정 엘라스토머는 인가된 전기장의 방향으로 팽창하도록 제작될 수 있는 반면에, 대부분의 다른 재료는 수축될 것이다. The functions of the lenses of Figs. 1 and 2 will be described with reference to Fig. As can be seen in the figure, when a non-zero voltage (V) is applied across all pairs of adjacent electrodes formed by the
전기 활성 재료가 전기장의 인가로 인해 수축되면, 전기 활성 소자(2)의 두께가 감소된다. 전기 활성 소자(2)가 광학 소자(1)에 측방향으로 결합하기 때문에, 전극들에 인접한 광학 소자 내에 압축된 제1 영역이 생성된다. 이는 다시, 압축된 제1 영역으로부터 멀어지는 방향으로, 통상 광학 소자(1)의 중심부를 향해 광학 소자(1) 재료가 반경방향으로 변위되도록 한다. 이로써, 재료의 비압축성으로 인해 광학 소자 내에 축방향으로 팽창하는 제2 영역이 형성된다. 도 3에서, 축방향 팽창 영역은 광학 소자(2)의 중심부에 나타난다.When the electroactive material is shrunk due to application of an electric field, the thickness of the
인가된 전기장을 따라 전기 활성 재료가 팽창하면, 전기 활성 소자(2)의 두께가 증가하며, 광학 소자(1)의 제1 영역은 축방향으로 팽창하는 한편 제2 영역은 수축한다. When the electro-active material expands along the applied electric field, the thickness of the electro-
그러므로, 전극들에 전압이 인가되면 광학 소자(1) 내에서 물질의 재분포가 일어나며, 이는 다시 광학 소자의 표면 곡률에 영향을 미친다. 특히 수축하는 전기 활성 소자에 의해 주어지는 한계 조건들로 인해, 광학 소자(1)는 전압이 인가된 전극들에 인접하는 영역들에서 더 얇아지고, 그 밖의 영역에서는 더 두꺼워진다. Therefore, when a voltage is applied to the electrodes, redistribution of the material occurs in the
광학 소자(1)와 전기 활성 소자(2)의 두께 및 체적에 따라, 만일 전극들 사이의 거리가 감소하는 경우, 전압이 인가되면 전극들 사이의 전기 활성 재료(5)가 압축되는 사실이 광학 소자(1)의 변형에 이바지하게 된다. 이런 압축은 물질의 측방향 팽창으로 전환되고(일정 체적 근사법), 이는 전기 활성 소자(2)로부터 광학 소자(1)로의 물질 유동을 유도함으로써 광학 소자(1)를 더 두껍게, 바람직하게는 더욱 비대하게 한다. 특히 벽(4a, 4b)이 고체인 경우, 바람직하게는 강성의 링인 경우, 측방향 팽창은 내측을 향하고 광학 소자(1)의 탄성 재료에 압력을 가하며, 그 결과 광학 소자의 표면이 변형된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이완된 표면(도 1)이 본래 평면이면, 이런 변형으로 인해 표면이 바깥쪽으로 볼록해짐으로써 볼록 렌즈 표면이 형성되고, 이는 광학 부품(1)에 의해 형성되는 렌즈의 초점 거리에 영향을 미친다. Depending on the thickness and the volume of the
언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈가 반드시 원형 렌즈일 필요는 없다. 언급한 바와 같이, 렌즈는 예컨대 원통형일 수도 있다. 이 경우, 광학 소자(1)는 세장형 스트립의 투명 탄성 재료로 형성되고, 광학 소자의 적어도 하나의 측면을 따라 적어도 하나의 세장형 전기 활성 소자(2)가 배치되고, 이에 따라 전술한 바와 같이 전기 활성 소자(2)가 광학 소자(1) 내에서 전극들에 인접하여 압축되거나 팽창된 제1 영역을 생성할 수 있다. 또한, 이 경우에도, 전기 활성 소자(2)의 제2 (대향) 측면에 고체 벽이 배치되는 것이 바람직하며, 전기 활성 재료(5)가 상기 방향으로의 항복이 방지되어, 그로 인해 모든 전압 유도성 물질 변위가 광학 소자(1)를 향하도록 한다.As mentioned, the lens according to the present invention does not necessarily have to be a circular lens. As mentioned, the lens may be cylindrical, for example. In this case, the
도 1 내지 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 렌즈는 바람직하게 투명 고체 기판(7)을 포함하고, 이 기판 상에 전기 활성 소자(2) 및 광학 소자(1)가 배열된다. 기판은 장치에 기계적 안정성을 제공하며, 이하 설명된 바와 같이 제조 프로세스를 단순화시킨다. 그러나 광학 소자(1)가 충분한 기계적 안정성을 지니고 있다면, 기판(7)이 생략될 수도 있다.As can be seen in Figures 1 to 3, the lens preferably comprises a transparent
인가되는 전압이 작은 경우에도 강한 쿨롱의 힘을 얻기 위해서는, 인접하는 전극들(3a-3e) 사이의 간격이 너무 멀지 않아야 한다. 바람직하게는, 2개의 인접 전극 사이의 거리는 250㎛ 미만, 특히 대략 10㎛인 것이 바람직하고, 1kV 이하의 전압에서 상당한 변형이 가능하도록 충분히 짧아야 한다.In order to obtain strong Coulomb force even when the applied voltage is small, the interval between the
전극들은 순응형이어야 한다. 즉, 전극들은 전기 활성 소자(2)의 변형에 손상 없이 유지될 수 있어야 한다. 따라서, 바람직하게 전극들은 하기의 재료들 중 하나로 제조된다.The electrodes must be compliant. That is, the electrodes must be able to be maintained without damage to the deformation of the electro-
- 탄소나노튜브 ("Self-clearable carbon nanotube electrodes for improved performance of dielectric elastomer actuators", Proc. SPIE, Vol. 6927, 69270P (2008) 참조).- Carbon nanotubes (see "Self-clearable carbon nanotube electrodes for improved dielectric elastomer actuators ", Proc. SPIE, Vol. 6927, 69270P (2008)).
- 카본블랙 ("Low voltage, highly tunable diffraction grating based on dielectric elastomer actuators", Proc. SPIE, Vol. 6524, 65241N (2007) 참조).- carbon black (see "Low voltage, highly tunable diffraction grating based on dielectric elastomer actuators ", Proc. SPIE, Vol. 6524, 65241N (2007)).
- 카본 그리스- Carbon grease
- 이온 (Au, Cu, Cr,....) ("Mechanical properties of electroactive polymer microactuators with ion-implanted electrodes", Proc. SPIE, Vol. 6524, 652410 (2007)참조) - ions (Au, Cu, Cr, ....) (see "Mechanical properties of electroactive polymer microactuators with ion-implanted electrodes", Proc. SPIE, Vol. 6524, 652410 (2007)
- 유체 금속 [예를 들면, 갈린스탠(Galinstan)]- Fluid metal (for example, Galinstan)
- 금속 분말, 특히 금속 나노입자(금, 은, 구리)- metal powders, especially metal nanoparticles (gold, silver, copper)
- 도전성 폴리머 - conductive polymer
- 변형 가능한 리드에 연결된 강성 전극- rigid electrodes connected to deformable leads
광학 소자(1)용 재료 및 전기 활성 소자(2)용 전기 활성 재료(5)는 예를 들면 이하의 재료들을 포함하거나, 이하의 재료들로 구성될 수 있다.The material for the
- 겔 [리트웨이(Liteway)사에 의해 공급되는 광학 겔 OG-1001],- gel (Optical Gel OG-1001 supplied by Litway),
- 엘라스토머 (TPE, LCE, PDMS 실가드 186과 같은 실리콘, 아크릴, 우레탄)- elastomers (such as TPE, LCE, PDMS Silicone Guard 186, acrylic, urethane)
- 열가소성 물질 (ABS, PA, PC, PMMA, PET, PE, PP, PS, PVC,...)- Thermoplastic material (ABS, PA, PC, PMMA, PET, PE, PP, PS, PVC, ...)
- 듀로플라스트(Duroplast)- Duroplast
전극(3a-3e)의 기하학적 형상이 동일할 필요는 없다. 도 11은 장치의 표면 쪽으로 갈수록 전극(3a-3e)의 내경이 점점 더 커지는 바람직한 실시예를 도시한다. 다시 말해서, 적어도 상부면에 가장 가까운 전극(3a)은 그 다음 아래에 있는 전극보다 큰 내경을 가진다. (본 명세서에서, "상부면"은 전압 인가 시에 변형되는 렌즈의 표면을 지칭한다.)The geometries of the
이 설계는 전압 인가 시에 전기 활성 재료(5)와 광학 소자(1) 재료에서 기계적 변형을 감소시킨다. This design reduces the mechanical strain in the electro-
일반적으로, 전극(3a-3e) 중 적어도 하나의 내경은 다른 전극 중 적어도 일부의 내경과 다를 수 있다. 이는 광학 소자(1)의 변형에 대한 보다 세밀한 제어를 허용한다. In general, the inner diameter of at least one of the
이하에서, 바람직한 제조 프로세스가 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명된다. 이 프로세스에서, 복수개의 전기 활성 렌즈가 공통 웨이퍼 상에 동시에 제조된다. 공통 웨이퍼는 예를 들면 광학 소자(2)와 조합되는, 강성 렌즈와 같은 고정 구조물을 포함하도록 사전 성형될 수 있다. In the following, a preferred manufacturing process will be described with reference to Figs. In this process, a plurality of electro-active lenses are simultaneously fabricated on a common wafer. The common wafer may be preformed to include a fixed structure, such as a rigid lens, for example, in combination with the
프로세스는 본래 개별 렌즈보다 큰 사이즈를 갖는 기판(7)으로부터 시작한다(단계a, 도 4). 복수개의 인접 렌즈들에서 최저 바닥에 위치한 전극(3e)이 기판에 증착된다. 전극 재료와 기판의 호환성을 제공하기만 하면 임의의 적절한 방법, 가령 후속하는 마스킹 단계 및 에칭 단계를 갖는 스퍼터링과 같은 방법이 이들 전극을 제조하기 위해 사용될 수 있다. The process starts from the
다음(단계b, 도 5), 전기 활성 재료(5)의 층(5a)이 기판(7) 위에 도포된다. 층(5a)은 예를 들면 10㎛의 두께를 가질 수 있다. Next, the
다음 단계(단계c, 도 6)에서, 복수개의 제2 전극, 즉 전극(3d)이 전기 활성 재료의 층(5a) 위에 도포된다. 전극(3d)은 전극(3e)과 정렬되고(registered), 하나의 전극(3d)이 각각의 전극(3e)에 중첩한다. In the next step (step c, Fig. 6), a plurality of second electrodes, i.
다음, 단계 b가 반복된다. 즉, 전기 활성 재료의 추가 층(5b)이 도 6에 도시된 바와 같이 도포되고, 도 7에 도시된 바와 같이 상하로 적층된 복수개의 전극 쌍을 갖는 충분한 높이의 적층형 구조가 제조될 때까지 단계 c가 반복된다. Next, step b is repeated. That is, the
도 7의 층 구조를 완료한 후에, 사전 조립되어 예컨대 (도시되지 않은) 공통 캐리어에 적용된 벽(4a, 4b)이 위에서부터 층 구조로 가압된다. 층(5a, 5b,...)이 연성 재료이기 때문에, 벽(4a, 4b)은 도 8에 도시된 바와 같이 층으로 들어갈 수 있고, 이에 의해 벽의 (도시되지 않은) 공통 캐리어가 제거될 수 있다. 벽(4a, 4b)은 이들이 전극(3a-3e)과 접촉하도록 위치된다. 이를 위해, 도 1 및 도 2뿐만 아니라 도 7에 명확하게 도시된 바와 같이, 전극(3a-3e)에 리드(9a-9e)가 제공되며, 상기 리드(9a-9e)는 각각의 벽 섹션(4a 또는 4b)과의 접촉을 제공하도록 렌즈의 중심부로부터 멀어지는 측방향으로 연장된다. After completing the layer structure of Fig. 7, the
마지막으로, 상기 단계의 생산물은 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이 라인(10)을 따라 인접한 렌즈들의 벽들 사이를 절단함으로써 복수개의 전기 활성 렌즈로 분리된다. 다르게는, 기판(7)이 충분히 연성이라면, 렌즈의 분리는 예를 들면 전기 활성 재료의 층(5a, 5b...)을 통해서뿐만 아니라 기판(7)을 통해 벽(4a, 4b)을 가압함으로써 달성될 수도 있다. 또 다르게는, 도 7에 도시된 생산물이 먼저 절단될 수도 있으며, 이에 의해 전극(3a-3e)에 접촉을 제공하기 위한 벽(4a, 4b) 또는 다른 수단이 각각의 렌즈에 개별적으로 적용된다. Finally, the product of this step is separated into a plurality of electro-active lenses, for example by cutting between the walls of adjacent lenses along
상기 단계 b에서, 예를 들면 이하의 방법이 전기 활성 재료의 층(5a, 5b...)을 도포하기 위해 사용될 수 있다.In step b, for example, the following method may be used to apply the
- 후속하여 경화 처리가 이루어지는 스핀 코팅- spin coating which is subsequently cured
- 후속하여 경화 처리가 이루어지는 스프레이- a spray which is subsequently cured
- 프린팅(예를 들면, 스크린 프린팅)- Printing (for example, screen printing)
- 화학 기상 증착, 특히 PECVD(플라즈마 화학 기상 증착)- chemical vapor deposition, especially PECVD (plasma chemical vapor deposition)
- 재료 층을 사전 조립하여 기판상에 이들을 도포하는, 바람직하게는 기판상에 이들을 접합시키는 방법 - 이 경우, 층은 층의 두께를 감소시키기 위해 도포 전에 선택적으로 비탄성적으로 신장될 수 있다. - a method of pre-assembling the material layers to apply them onto the substrate, preferably onto the substrate, in which case the layer may optionally be inelastically stretched prior to application to reduce the thickness of the layer.
예를 들면, 이하의 재료들이 광학 소자용으로서 뿐만 아니라 전기 활성 재료용으로서 이용될 수 있다.For example, the following materials can be used for electro-active materials as well as for optical elements.
- 겔[리트웨이(Litway)사에 의해 공급되는 광학 겔 OG-1001] Gel [Optical Gel OG-1001 supplied by Litway Co.]
- 폴리머[예를 들면, 다우 코닝(Dow Corning)사에 의해 공급되는 누카실 RTV 25(Neukasil RTV 25), PDMS 실가드 186(PDMS Sylgard 186)]- Polymers (e.g.,
- 아크릴 재료(예를 들면 3M 사에 의해 공급되는 VHB 4910)Acrylic materials (such as VHB 4910 supplied by 3M Company)
- 엘라스토머- elastomer
상기 단계 c에서, 예를 들면 이하의 방법이 순응형 전극(3a-3d), 선택적으로는 전극(3e)을 도포하기 위해 사용될 수 있다. In step c, for example, the following method can be used to apply the
- 이온 주입 방법["Mechanical properties of electroactive polymer micro actuators with ion-implanted electrodes", Proc. SPIE, Vol. 6524,652410 (2007) 참조]&Quot; Mechanical properties of electroactive polymer micro actuators with ion-implanted electrodes ", Proc. SPIE, Vol. 6524,652410 (2007)
- PVD, CVD- PVD, CVD
- 증발- Evaporation
- 스퍼터링- Sputtering
- 프린팅, 특히 콘택트 프린팅, 잉크젯 프린팅, 레이저 프린팅 및 스크린 프린팅- Printing, in particular contact printing, inkjet printing, laser printing and screen printing
- 필드 가이드 셀프 조립체(field-guided self-assembly)["엘. 지만(L. Seemann), 에이 스템머(A. Stemmer) 및 엔. 나우욕스(N. Naujoks)에 의해 (Nano Letter)에 발표된 "Local surface charges direct the deposition of carbon nanotubes and fullerenes into nanoscale patterns" Nano Letters 7, 10, 3007-3012, 2007 참조]- Field Guided Self-Assembly [L. Seemann, A. Stemmer and N. Naujoks, Nano Letter, Quot;
- 브러싱- Brushing
- 전극 도금- Electroplating
선택적으로, 광학 소자(1)는 광학 소자의 이완 상태 및/또는 변형 상태에서 소정의 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 이런 렌즈의 예들이 도 9 및 도 10을 참조하여 이하 설명된다. (이완 상태에서의) 적절한 렌즈 형상은 예를 들면 다음과 같을 수 있다.Alternatively, the
- 구면 렌즈 (볼록 및 오목)- spherical lenses (convex and concave)
- 비구면 렌즈 (볼록 및 오목)- Aspheric lenses (convex and concave)
- 평면(flat)- flat (flat)
- 사각형, 삼각형, 선형 또는 피라미드형- Square, triangular, linear or pyramidal
- 임의의 마이크로 구조(예를 들면, 마이크로 렌즈 어레이, 회절 격자, 홀로그램) 또는 나노 구조(예를 들면, 반사방지 코팅)가 폴리머 층을 포함한 순응형 전극과 광학 소자(1)의 개방형 개구에 통합될 수 있다.(E. G., An antireflective coating) is incorporated into the open aperture of the optical element < RTI ID = 0.0 > 1 < / RTI > with a compliant electrode comprising a polymer layer, .
이하의 방법들 중 임의의 방법이 렌즈를 성형하기 위해 사용될 수 있다.Any of the following methods may be used to shape the lens.
a) 주물, 특히 사출 성형a) Castings, especially injection molding
b) 예를 들면, 나노미터 크기 구조의 고온 압인(hot embossing)에 의한 나노 임프린팅(Nano-imprinting) b) For example, nano-imprinting by hot embossing of nanometer size structure,
c) 에칭(예를 들면, 화학적 또는 플라즈마)c) etching (e. g., chemical or plasma)
d) 스퍼터링d) Sputtering
e) 고온 압인e)
f) 소프트 리소그래피(즉 미리 성형된 기판상에 폴리머를 주조)f) soft lithography (i.e. molding of the polymer on a preformed substrate)
g) 화학적 셀프 조립체[예를 들면, "Surface tension-powered self-assembly of microstructures - the state-of-the-art", R.R.A. Syms, E. M. Yeatman, V.M. Bright, G.M. Whitesides, Journal of Microelectromechanical Systems 12(4), 2003, pp. 387 - 417) 참조]g) chemical self-assemblies [e.g., "Surface tension-powered self-assembly of microstructures - the state-of-the-art ", R.R.A. Syms, E. M. Yeatman, V.M. Bright, G.M. Whitesides, Journal of Microelectromechanical Systems 12 (4), 2003, pp. 387-417)
h) 전자기장 가이드 패턴 형성법[예를 들면, "Electro-magnetic field guided pattern forming", L. Seemann, A. Stemmer, and N. Naujoks, Nano Lett., 7 (10), 3007 - 3012, 2007. 10.1021/nI0713373) 참조]h) electromagnetic field guide pattern formation methods (e.g., "Electro-magnetic field guided pattern forming ", L. Seemann, A. Stemmer, and N. Naujoks, Nano Lett., 7 (10), 3007-3012, 2007. 10.1021 / nI0713373)
본 기술분야의 당업자에게 자명한 바와 같이, 상기 방법들 중 일부는 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명된 제조 프로세스와 직접적으로 호환성을 가지는데, 예를 들면 방법 c) 및 d)는 도 7에 도시된 생산물에서 이루어질 수 있다. 일부 다른 방법은 추가의 단계들을 필요로 할 것이다. 예를 들면, 공통 캐리어 상에서 볼록 렌즈의 어레이는 방법 a), b) 또는 e) 내지 k)에 의해 제조된 다음, 도 7의 생산물의 상부에 적용될 수 있다. As will be appreciated by those skilled in the art, some of these methods are directly compatible with the fabrication process described with reference to Figures 4-8, for example, methods c) and d) Can be achieved in the depicted product. Some other methods will require additional steps. For example, an array of convex lenses on a common carrier may be produced by the method a), b) or e) to k) and then applied to the top of the product of Fig.
전술한 유형의 다양한 전기 활성 렌즈가 멀티 렌즈 조립체를 형성하기 위해 조합될 수 있다. A variety of electro-active lenses of the type described above can be combined to form a multi-lens assembly.
고체이고 투명한 공통 기판(7)의 대향 측면에 2개의 전기 활성 렌즈(11a, 11b)가 장착된 이런 조립체의 예가 도 9에 도시되어 있다. 도면의 좌측에 명확하게 도시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 렌즈(11a)가 평평한 표면을 가지는 반면에, 렌즈(11b)는 오목한 표면을 가진다. 렌즈(11a)가 예를 들면 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이 제조될 수 있기 때문에, 렌즈(11b)의 광학 소자는 예를 들면 전술한 방법 c) 또는 d)를 이용하여 이에 후속하여 구성된다.An example of such an assembly in which two electro-
전압이 적게 인가되면, 도면의 중앙부에 도시된 바와 같이, 렌즈(11a)는 작은 곡률이긴 하지만 볼록한 상태가 되고 반면에 렌즈(11b)는 오목한 상태를 유지한다. 마지막으로, 도 9의 우측에 도시된 바와 같이, 충분한 전압이 인가되면, 렌즈(11a, 11b) 모두가 볼록한 상태가 된다. When a small voltage is applied, as shown in the center part of the drawing, the
본 발명의 렌즈는 보다 복잡한 구조에 조합될 수도 있다. 이런 조립체의 예가 도 10에 도시되어 있다.The lens of the present invention may be combined into a more complex structure. An example of such an assembly is shown in FIG.
도 10의 조립체는 상하로 적층된 4개의 강성 렌즈(12a, 12b, 12c, 12d)뿐만 아니라 4개의 전기 활성 렌즈(11a, 11b, 11c, 11d)를 포함한다. 벽(4a, 4b)과 추가의 스페이서 요소(13a, 13b)는 상호 정확한 거리로 렌즈들을 유지하기 위해 사용된다. 도 10의 예에서, 각각의 전기활성 렌즈(11a-11d)는 기판(7)의 일 측면에 부착되고, 강성 렌즈(12a-12d)는 상기 기판의 대향 측면에 배열된다. The assembly of FIG. 10 includes four
도 10의 실시예에서, 각각의 강성 렌즈가 기판(7)에 부착된다. 그러나, 하나 이상의 강성 렌즈가 기판에 개별적으로 장착될 수도 있다. In the embodiment of Fig. 10, each rigid lens is attached to the
전자기장의 부재시에 전기 활성 렌즈(11a, 11b, 11c, 11d)의 형상은 전술한 구성 방법을 이용하여 형성될 수 있다. In the absence of an electromagnetic field, the shapes of the electro-
구면 렌즈Spherical lens
많은 용례에서, 렌즈는 구면이어야 한다. 도 1 내지 도 10에 도시된 설계를 갖는, 대체로 구면인 렌즈를 형성하기 위해, 전기 활성 소자(2) 및 광학 소자(1)의 전체 두께가 상당히 커야 한다. 그렇지 않으면, 특히 전기 활성층이 기판(7)에 접합된 경우, 전압 인가 시의 변형이 전극 가까이에서 심하게, 그러나 렌즈 중심부에서는 약하게 발생한다.In many applications, the lens should be spherical. The overall thickness of the
또 다른 측면에서, 광학 소자(1) 및 전기 활성층(2)의 전체 두께가 커지면, 도 4 내지 도 8의 제조 프로세스를 사용할 경우 비교적 많은 개별 층(5a, 5b, ...)이 요구되며, 이는 프로세스 비용을 높이는 원인이 된다.On the other side, when the total thickness of the
이러한 이유로, 도 14에 도시된 설계, 즉 전극들(3a-3e)이 탄성 버퍼층(30)에 의해 기판(7)과 분리되는 설계를 채택하는 것이 바람직하다. 일 측의 기판(7)과 타 측의 전기 활성 소자(2) 및 광학 소자(1)의 사이에 배치된 버퍼층(30)은 광학 소자(1)의 재료가 특히 수평 방향으로 더욱 자유롭게 이동하도록, 즉 재료가 강성 기판(7)의 기계적 구속(mechanical constraint)으로부터 광학 소자(1)를 보호하도록 한다. 따라서, 버퍼층(30)이 비교적 연성인 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 버퍼층은 광학 소자(1)의 탄성 계수(Young's Modulus)보다 작거나 같은 탄성 계수를 갖는다.For this reason, it is preferable that the design shown in Fig. 14, that is, the design in which the
버퍼층(30)은 기판(7)과 광학 소자(1) 모두에 전면에 걸쳐 부착될 수 있으며, 이에 따라 전극들에 전압이 인가될 때 광학 소자(1)의 이동을 제한하지 않으면서 기판과 광학 소자를 연결한다.The
구면 렌즈의 표면 형상을 개선하기 위한, 즉 이상적인 구면 렌즈에 가깝게 형성하기 위한 또 다른 방법이 도 15에 도시되어 있다. 도 15의 실시예에서, 광학 소자(1)의 최상층, 즉 기판(7)의 대향 측면에 리드층(31)이 부착된다. 리드층(31)은 광학 소자(1)보다 더 강성이다. 즉, 리드층은 광학 소자(1)의 탄성 계수보다 큰 탄성 계수를 갖는다. 고품질 렌즈의 구현을 위해, 특히 탄성 계수는 광학 소자(1)의 탄성 계수보다 약 60배 정도 더 커야 한다. 층 두께가 더 얇아지면, 양호한 광학 품질을 구현하기 위해 탄성 계수를 증가시켜야 한다.Another method for improving the surface shape of the spherical lens, i.e., forming the spherical lens close to the ideal spherical lens, is shown in Fig. In the embodiment of Fig. 15, the
도 14 및 도 15의 방법들은 도 16에 도시된 바와 같이 조합될 수 있는데, 광학 장치는 버퍼층(30) 및 리드층(31) 모두를 포함한다.The methods of FIGS. 14 and 15 can be combined as shown in FIG. 16, wherein the optical device includes both a
버퍼층(30) 및 리드층(31)에 적합한 재료는 예를 들면 PDMS, 아크릴 또는 폴리우레탄이다. 버퍼층은 일반적으로 200kPa 이하의 탄성 계수를 가지며, 리드층은 10MPa 이상의 탄성 계수를 갖는다. 이들 재료는 전기 활성 재료 및 렌즈 소자를 위해 엘라스토머, 아크릴 및 폴리우레탄과 조합되는 것이 바람직하다. Suitable materials for the
빔 beam 편향기Deflector
전술한 기술들은 렌즈뿐만 아니라 빔 편향기나 지터 방지 장치와 같은 다른 다양한 전기 활성 광학 장치에도 적용될 수 있다.The above-described techniques can be applied not only to lenses but also to various other electro-active optical devices such as a beam deflector or a jitter preventing device.
빔 편향기 또는 미러의 일례가 도 12 및 도 13에 도시되어 있다. 본 구성 소자는 도 1 내지 도 3의 장치와 기본적으로 동일한 구성을 갖지만, 전극(3a 및 3c)은 각각 2개의 전극 섹션(3a'와 3a" 및 3c'와 3c")으로 분리되며, 각각의 섹션은 광학 소자(1)의 대략 180°에 걸쳐서 연장된다. 따라서, 벽은 3개의 섹션(4a, 4b, 4c)으로 나뉘고, 섹션(4a)은 전극 섹션(3a' 및 3c')에, 섹션(4b)은 전극 섹션(3a" 및 3c")에, 그리고 섹션(4c)은 전극 섹션(3b 및 3d)에 연결된다. 전압(V1)은 섹션(4a와 4c) 사이에, 그리고 전압(V2)은 섹션(4b와 4c) 사이에 인가될 수 있다.An example of a beam deflector or mirror is shown in Figs. 12 and 13. Fig. The components are basically the same as the devices of Figs. 1 to 3, but the
V1 = V2 = 0이면, 광학 소자(1)의 표면은 도 13의 좌측에 도시된 바와 같이 평평하게 수평으로 형성된다. V1 ≠ 0이고 V2 = 0이면, 광학 소자의 표면은 실질적으로 일 측면으로 기울어지는 반면에, V1 = 0이고 V2 ≠ 0이면, 광학 소자의 표면은 실질적으로 대향 측면으로 기울어진다.If V1 = V2 = 0, the surface of the
이러한 유형의 장치는 투과 또는 반사 시에 빔 편향기로서 사용될 수 있다.This type of device can be used as a beam deflector in transmission or reflection.
장치가 투과 시 작동되는 경우, 광학 소자(1)를 통과하여 연장되는 빔은 화살표(21)로 도시된 바와 같이, V1 및 V2에 따라 좌측 또는 우측으로 편향될 수 있다.When the device is operated upon transmission, the beam extending through the
장치가 반사 시 작동되는 경우, 광학 소자(1)의 표면들 중 적어도 하나에 반사 코팅(25)이나 강성의 반사성 미러 플레이트와 같은 미러 요소가 제공될 수 있으며, 빔은 점선 화살표(22)로 도시된 바와 같이 우측 또는 좌측으로 각각 편향될 수 있다.At least one of the surfaces of the
미러 요소는 언급한 바와 같이 예를 들면 표면(20)에 부착된 미러 플레이트이거나, 가령 액체 금속 코팅[예: 갈린스탠(Galinstan)]과 같은 코팅일 수 있다.The mirror element may be, for example, a mirror plate attached to surface 20, for example a coating such as a liquid metal coating (e.g., Galinstan).
도 12는 원형의 빔 편향기를 도시한다. 그러나 이 형상은 예를 들면 직사각형일 수도 있으며, 전극(3a' 및 3a")은 직사각형의 대향 측면들에 배치된다.Figure 12 shows a circular beam deflector. However, this shape may be, for example, rectangular, and the
기타 장치Other devices
전술한 기술들은 (예를 들면, 제WO 2007/090843호에 개시된 기술들을 사용하는) 광위상 지연기(optical phase retarder)와 같은 다른 유형의 장치에도 적용될 수 있다.The techniques described above may also be applied to other types of devices, such as optical phase retarders (e.g., using the techniques disclosed in WO 2007/090843).
또한, 상기 장치는 평면 또는 곡면 미러, 회절 격자 또는 홀로그램과 같은 또 다른 광학 소자와 결합될 수 있다.The device may also be combined with another optical element such as a planar or curved mirror, a diffraction grating or a hologram.
부연 설명Explanation
전술한 실시예들에서, 전극과의 접촉을 위해 링 섹션(4a, 4b 및 4c)이 사용되었다. 다른 접촉 수단도 물론 사용될 수 있다. 예를 들면, 공통 접점의 제공을 위해 리드들(9a, 9b, 9c)을 관통하여 금속의 니들형 구조체가 삽입될 수 있다. 다르게는, 적층 프로세스(layer by layer process) 중에 전기 활성 재료 적층체로 도전성 재료들로 채워진 도전성 비아(via)가 통합될 수 있다. 이러한 접촉 방법은 전극(3a-3e)이 전기 활성 재료 적층체의 일 측면으로부터 접촉될 수 있게 한다.In the embodiments described above,
또한, 도 1 내지 도 3의 예에서 전극(3a, 3c, 3e)에는 공통적으로 제1 전위가 인가되는 반면, 전극들(3b, 3d)에는 제2 전위가 인가된다. 또는 전기 활성 소자(2)의 변형을 더욱 정밀하게 제어하기 위해 전극들 중 일부 또는 모든 전극에 개별 전위를 인가할 수도 있다.In the examples of FIGS. 1 to 3, the first potential is commonly applied to the
특히 바람직한 실시예에서, 광학 소자(1)의 일 측면 또는 양 측면에 반사 방지층이 제공될 수 있다. 반사 방지층은 이하의 요소들로 구성될 수 있다.In a particularly preferred embodiment, an antireflection layer may be provided on one side or both sides of the
- 광학 소자(1)의 재료 자체 또는 별도의 코팅 재료 내에 형성된 "나노미터 구조물". 이러한 구조물은 광 파장에 훨씬 미치지 못하는 크기, 예컨대 400nm 미만의 크기를 갖는다. 상기 구조물은 예컨대 에칭, 성형, 주조 또는 압인에 의해 적용될 수 있다.A "nanometer structure" formed in the material of the
- 반사방지 박막 코팅층.- Antireflection thin film coating layer.
또 다른 한 바람직한 실시예에서, 광학 소자(1)의 형상은 변형된 상태에서 광학 소자의 국부적으로 경성인 또는 연성인 부분에 의해, 예컨대 UV 경화 또는 화학 처리에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 실시예의 일례가 도 13에 도시되어 있는데, 여기서 해칭 영역은 국부적 경화 처리에 의해 만들어지고, 전압 인가시 표면(20)의 평탄성을 향상시키는 표면(20) 아래의 강성 부분(26)을 나타낸다. 강성 부분은 광학 소자의 나머지 부분과 상이한 재료로 형성될 수 있고, 예를 들면 광학 소자의 표면에 매립되거나 장착되는 방식으로 상기 광학 소자에 부가될 수 있다. 강성 부분의 위치는 전극들에 전압이 인가되면 변경된다.In another preferred embodiment, the shape of the
일반적으로, 광학 소자(1)의 재료는 불균일 경도를 가질 수 있으며, 특히 비균질 중합 폴리머(inhomogeneously polymerized polymer)를 포함할 수 있다. In general, the material of the
또한, 광학 소자(1)는 예를 들면 상이한 광 분산도를 갖는 2개의 재료를 사용하여 색수차를 보정하기 위해, 서로 적절하게 결합된 2개 이상의 재료의 조립체일 수 있다.Further, the
또한, 광학 소자(1)는 예컨대 Further, the
- 회절 구조물이나 홀로그램 구조물과 같은 미세구조물,- Microstructures such as diffractive structures and hologram structures,
- (전술한 것과 같은) 반사 또는 반사방지 코팅 또는 흡수 코팅과 같은 변형 가능 코팅에 의해 추가로 구조화될 수 있다.- can be further structured by a deformable coating such as a reflective or antireflective coating (such as those described above) or an absorbent coating.
일부 용례Some examples
전기 활성 광학 장치는 하기와 같은 매우 다양한 분야에 사용될 수 있다.The electro-active optical device can be used in a wide variety of fields as follows.
- 이동 전화, 디지털 SLR 카메라, 차량 내 카메라, 감시 시스템에 사용되는 류의 카메라(줌 및 오토 포커스 기능 탑재)- Camera of the type used in mobile phone, digital SLR camera, in-car camera, surveillance system (with zoom and autofocus)
- 비머(beamer) 및 이동 전화 프로젝터 내 매크로 프로젝터 및 나노 프로젝터용 광학 프로젝터 부품- Optical projector parts for macro projectors and nano projectors in beamer and mobile phone projectors
- 레이저 절삭 또는 용접을 포함한 산업 응용물- industrial applications including laser cutting or welding
- 현미경, 확대경- microscope, magnifying glass
- 시력 교정 (사람 눈 안에 이식된 렌즈)- Vision correction (lens implanted in human eye)
- 내시경- Endoscope
- 확대경- Magnifying glass
- 일종의 카메라와 같은 비전 시스템- Vision system like a camera
- 양자 계산용 연구 애플리케이션- Research applications for quantum computation
- 통신 애플리케이션 (진폭 변조)- Communication applications (amplitude modulation)
- 편향 레이저 빔에 사용되는 것과 같은 레이저 애플리케이션- laser applications such as those used for deflected laser beams
- 망원경- telescope
- 디스플레이- display
본 발명은 본 명세서에 도시되고 기술된 본 발명의 실시예들로만 제한되지 않으며, 후속하는 청구항들의 범위 내에서 다양한 형태로 구체화되고 실현될 수 있다.The present invention is not limited to the embodiments of the invention shown and described herein, but may be embodied and practiced in various forms within the scope of the following claims.
Claims (29)
고체 기판(7)과,
고체 기판(7) 위에 배열되는 탄성 광학 소자(1)와,
상기 탄성 광학 소자(1)에 측방향으로 인접하여 배열되고, 각각 2개의 전극(3a-3e)으로 이루어지고 이들 사이에 탄성 전기 활성 재료(5)를 갖는 복수개의 전극 쌍을 포함하는 전기 활성 소자(2)를 포함하며,
적어도 하나의 전극 쌍에 걸쳐 전압 인가시에 상기 전극들 사이의 축방향 간격이 변동되어 상기 적어도 하나의 전극 쌍에 인접한 상기 탄성 광학 소자(1)의 제1 영역의 체적을 변화시킴으로써 상기 탄성 광학 소자(1)의 상기 제1 영역과 제2 영역 사이에서 상기 탄성 광학 소자(1) 내의 재료를 반경 방향으로 변위시키며, 상기 영역들 중 하나는 탄성적으로 팽창하고, 다른 하나는 축방향으로 탄성적으로 수축하여 상기 탄성 광학 소자(1)를 변형 상태로 유도하는 반면에, 상기 복수개의 전극 쌍에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 상기 탄성 광학 소자(1)가 탄성적으로 이완 상태에 있으며,
상기 복수개의 전극 쌍은 상기 전극 쌍 사이에 복수개의 갭을 가지며 상하로 적층되며, 상기 갭은 상기 탄성 전기 활성 재료(5)에 의해 충전되며,
전기 활성 광학 장치는 일측의 상기 고체 기판(7)과, 타측의 상기 전기 활성 소자(2) 및 상기 탄성 광학 소자(1) 사이에 배열된 버퍼층(30)을 더 포함하고, 상기 버퍼층(30)은 상기 탄성 광학 소자(1)의 탄성 계수보다 작거나 같은 탄성 계수를 가지며,
전기 활성 광학 장치는 상기 탄성 광학 소자(1)에 부착된 리드층(31)을 더 포함하고, 상기 리드층(31)은 상기 탄성 광학 소자(1)의 탄성 계수보다 큰 탄성 계수를 가지는 전기 활성 광학 장치.An electro-active optical device comprising:
A solid substrate 7,
An elastic optical element 1 arranged on the solid substrate 7,
An electroactive device (1) including a plurality of electrode pairs arranged laterally adjacent to the elastic optical element (1) and each comprising two electrodes (3a-3e) and having an elastic electroactive material (2)
Wherein an axial interval between the electrodes is changed when a voltage is applied across at least one pair of electrodes to change the volume of the first region of the elastic optical element (1) adjacent to the at least one pair of electrodes, Radially displaces the material in the elastic optical element (1) between the first region and the second region of the elastic optical element (1), one of the regions being elastically expanded and the other of the regions being elastically The elastic optical element 1 is elastically relaxed in a state in which no voltage is applied to the plurality of electrode pairs,
Wherein the plurality of electrode pairs are stacked vertically with a plurality of gaps between the electrode pairs, the gaps being filled by the elastic electroactive material (5)
The electroactive optical device further comprises a buffer layer (30) arranged between the solid substrate (7) on one side and the electroactive device (2) and the elastic optical element (1) Has an elastic modulus smaller than or equal to the elastic modulus of the elastic optical element (1)
The electroactive optical device further comprises a lead layer (31) attached to the elastic optical element (1), wherein the lead layer (31) is made of an electrically active material having an elastic modulus greater than that of the elastic optical element Optical device.
적어도 2개의 전기 활성 광학 장치(11a, 11b)가 상호 적층되는, 전기 활성 광학 장치의 조립체.An assembly of an electroactive optical device according to any one of the preceding claims,
Wherein at least two electroactive optical devices (11a, 11b) are laminated together.
a) 복수개의 제1 전극(3e)을 제공하는 단계와,
b) 상기 제1 전극(3e) 위에 탄성 전기 활성 재료(5)의 층(5a)을 도포하는 단계와,
c) 탄성 전기 활성 재료(5)의 상기 층(5a) 위에 복수개의 제2 전극(3d)을 도포하는 단계로서, 각각의 제2 전극(3d)이 제1 전극(3e)에 중첩되는, 복수개의 제2 전극(3d)을 도포하는 단계와,
d) 상기 단계b) 및 단계c)가 상호 적층된 복수개의 전극 쌍을 형성하기 위해 반복되는 단계와,
e) 상기 단계a), 단계b), 단계c) 및 단계d)에 의한 최종 생성물을 복수개의 상기 전기 활성 광학 장치로 분리하는 단계를 포함하는 방법.A method of manufacturing an electro-optic device according to any one of claims 1 to 3,
a) providing a plurality of first electrodes 3e;
b) applying a layer (5a) of an elastic electroactive material (5) over said first electrode (3e)
c) applying a plurality of second electrodes (3d) on the layer (5a) of the elastically electroactive material (5), wherein each second electrode (3d) overlaps the first electrode Applying a second electrode (3d)
d) repeating steps b) and c) to form a plurality of mutually stacked electrode pairs,
e) separating the final product according to step a), b), c) and d) into a plurality of said electroactive optical devices.
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